KR101301212B1 - Desalinization method in reclaimed farmland soils using coal bottom ash - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화력발전소에서 부산물로 발생하는 석탄 바닥재를 활용한 간척지 토양의 염분 제거 방법에 관한 것이다.
본 발명의 석탄 바닥재를 활용한 염분의 제거 방법을 통하여 염분 농도가 매우 높은 간척지 등에서 토양의 제염을 촉진하고, 재염화를 억제하여 밭작물 등의 재배를 가능하게 할 수 있다. 또한 폐기물로 분류되어 매립 처리되는 막대한 양의 석탄 바닥재를 재활용할 수 있을 것으로 기대된다. The present invention relates to a method for removing salt from reclaimed soil using coal floors generated as a by-product from thermal power plants.
Through the method of removing the salt using the coal flooring of the present invention, it is possible to promote the decontamination of soil in reclaimed land with a very high salt concentration, to suppress re-inflammation, and to cultivate field crops. It is also expected to be able to recycle the enormous amount of coal floor ash that is classified as waste and landfilled.
Description
본 발명은 화력발전소에서 부산물로 발생하는 석탄 바닥재를 활용한 간척지 토양의 염분 제거 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for removing salt from reclaimed soil using coal floors generated as a by-product from thermal power plants.
간척지 토양은 일반적으로 매우 높은 염분 농도를 나타낸다. 토양의 높은 염분 함량은 점토입자의 분산을 일으켜 토양 내 공기와 수분의 유통을 막고, 작물의 양분과 수분의 흡수를 저해하며, 특히 Na+와 Cl- 이온은 독성 효과를 나타내어 작물의 생육을 곤란하게 한다. 따라서 간척지를 효율적으로 활용하기 위해서는 간척지 토양에 대한 제염이 선행되어야 한다.Reclaimed soils generally have very high salt concentrations. The high salt content of the soil leads to the dispersion of clay particles, which prevents the distribution of air and moisture in the soil, impedes the absorption of nutrients and moisture in the soil, and in particular, Na + and Cl - ions have a toxic effect, making it difficult to grow crops. Let's do it. Therefore, decontamination of reclaimed soil must be preceded in order to utilize the reclaimed land efficiently.
간척지 토양의 염분 농도는 암거배수 시설과 담수를 통해 일시적으로 낮출 수 있으나, 건조 상태를 유지하게 되면 심토로부터 수분의 모세관 상승과 함께 염류의 상승이 지속적으로 일어나 토양의 표면에 염류가 집적되는 재염화(Resalinization) 현상이 일어난다. 이와 같은 염분의 상향이동 및 표면축적은 지표면에서의 수분 증발과 밀접한 관계가 있으며 건조 상태에서는 수분이 증발할 때 염분이 토양표면에 집적되어 작물생육이 저해된다. 이와 같은 제염의 어려움 때문에 간척지에서의 재배작물은 주로 담수조건에서 재배하는 벼에 국한되는 실정이다.Salinity in reclaimed soils can be temporarily lowered through culverts and freshwater, but if it remains dry, re-inflammation of salt builds up on the surface of the soil as the capillary rises in water and rises in salt. Resalinization occurs. Upward movement and surface accumulation of salinity are closely related to evaporation of water on the surface. In the dry state, when salt evaporates, salt accumulates on the soil surface and crop growth is inhibited. Due to the difficulty of decontamination, crops grown in reclaimed land are mainly limited to rice grown in fresh water.
최근 우리나라는 쌀 소비가 감소 추세에 있는 반면 채소류, 과수류 등 밭작물은 그 수요가 크게 늘어나고 있어, 신간척지에서 밭작물 재배의 중요성이 부각되고 있다. 또한 간척지의 고도이용과 부가가치 증진을 위해서도 간척지에서의 밭작물 재배는 매우 중요하다. 그러나 지금까지 간척지에서 제염에 관한 연구는 담수를 통한 염류의 용탈 또는 환수를 통한 확산 제염에 관한 것이 대부분으로 고염도의 간척지에서 밭작물 재배를 위해 가장 중요한 재염화 억제에 대한 연구는 매우 미흡한 실정이다. In recent years, the consumption of rice crops in Korea, such as vegetables and fruit trees, has been greatly increasing in demand, and the importance of growing field crops has been highlighted in new lands. In addition, the cultivation of field crops in reclaimed land is very important for the high utilization of added value and added value. However, until now, research on decontamination in reclaimed land has been mostly related to the leaching of salts through fresh water or diffusion decontamination by returning water. However, the research on the inhibition of re-inflammation, which is most important for growing field crops in high-salt reclaimed land, is insufficient.
한편 화력발전소의 부산물인 대부분의 석탄재는 무연탄이나 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 아탄 등의 유연탄을 미분탄기내에서 건조, 분쇄시킨 후 이 미분탄을 보일러에서 연소시켰을 때 발생된다. 석탄재는 집진설비 내에서 포집되거나 보일러 저부에서 채취되며, 발생량은 전체 미분탄의 15 ~ 45% 정도를 차지한다. 한국의 화력발전소에서는 매년 약 6백만 톤의 석탄재가 생산되고 있으며, 이들 중에서 비산재(fly ash)와 보일러 저부에서 채취되는 바닥재(bottom ash)가 각각 80% 및 20%를 점하고 있다.On the other hand, most coal ash, a by-product of thermal power plants, is produced by burning and pulverizing anthracite coal, bituminous coal, sub-bituminous coal, lignite, and coal in a pulverized coal mill and then burning the pulverized coal in a boiler. Coal ash is collected in the dust collector or collected at the bottom of the boiler, and the amount of coal is 15 to 45% of the total pulverized coal. In Korea, about 6 million tons of coal ash is produced annually, among which fly ash and bottom ash from the bottom of the boiler account for 80% and 20%, respectively.
상기 비산재의 경우에는 상업적 규모의 벽돌, 블록, 콘크리트 및 시멘트 이차 제품 등이 제조되어 대부분 재활용되고 있으나, 석탄 바닥재는 대부분은 매립되고 있는 실정이다. 최근 막대한 양이 폐기되고 있는 석탄 바닥재의 경량성 및 다공성을 이용하여 경량 콘크리트나 흡음재 등의 용도로 많은 연구가 진행되고 있으나, 아직까지는 그 활용도가 그다지 좋지 못한 편이다.
In the case of fly ash, commercial scale bricks, blocks, concrete and cement secondary products are manufactured and recycled, but coal flooring is mostly buried. Recently, many studies have been conducted for the use of lightweight concrete and sound absorbing materials using the light weight and porosity of coal flooring, which is a huge amount of waste, but its utilization is still not very good.
이에 본 발명자들은 화력발전소에서 부산물로 발생하는 석탄 바닥재를 소재로 활용하여 염분농도가 높은 간척지 등의 작토층 하부에 일정 두께로 층을 형성시키는 경우 제염 효과가 우수하고, 염분의 모세관상승을 차단할 수 있음을 발견하고 이에 착안하여 간척지에서 밭작물 재배가 가능하도록 하는 간척지 토양의 염분 제거 방법을 고안함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the inventors of the present invention have excellent decontamination effect and can block the capillary rise of salt when a layer having a predetermined thickness is formed under the soil layer such as reclaimed land with high salt concentration by using coal floor material generated as a by-product from a thermal power plant. The present invention has been completed by devising a method of removing salt from reclaimed soil to enable field crop cultivation in reclaimed land.
따라서 본 발명의 목적은 간척지에서 밭작물 재배가 가능하도록 석탄 바닥재를 이용한 간척지 토양의 염분 제거 방법에 관한 것이다.
Accordingly, an object of the present invention relates to a method of removing salt from reclaimed soil using coal flooring to enable field crop cultivation in reclaimed land.
본 발명은 간척지 토양 하부에 석탄 바닥재 층을 형성하고, 상기 간척지의 측면에 배수로와 담수를 위한 둑을 조성하는 간척지 토양의 염분 제거 방법을 그 특징으로 한다.
The present invention is characterized by a method of removing salt from the reclaimed soil to form a layer of coal flooring on the bottom of the reclaimed soil, and to form a drain for the drainage and fresh water on the side of the reclaimed land.
본 발명의 석탄 바닥재를 활용한 염분의 제거 방법을 통하여 염분 농도가 매우 높은 간척지 등에서 토양의 제염을 촉진하고, 재염화를 억제하여 밭작물 등의 재배를 가능하게 할 수 있다. 또한 폐기물로 분류되어 매립 처리되는 막대한 양의 석탄 바닥재를 재활용할 수 있을 것으로 기대된다.
Through the method of removing the salt using the coal flooring of the present invention, it is possible to promote the decontamination of soil in reclaimed land with a very high salt concentration, to suppress re-inflammation, and to cultivate field crops. It is also expected to be able to recycle the enormous amount of coal floor ash that is classified as waste and landfilled.
도 1은 석탄 바닥재를 활용하여 조성한 간척 농경지의 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 간척 농경지 조성 초기에 담수에 의하여 작토층의 염분을 제거하는 단계의 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 조성된 간척 농경지에서 작물 재배 시 석탄 바닥재층에 의하여 염류의 모세관 상승이 차단되는 것을 모식화한 것이다.
도 4는 실시예에 따라 석탄 바닥재 층을 형성한 경우, 지표로부터 10cm 깊이까지의 전기전도도를 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다.
도 5은 실시예에 따라 석탄 바닥재 층을 형성한 경우, 지표로부터 10 ~ 20 cm 깊이에서의 전기전도도를 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다.
도 6는 실시예에 따라 석탄 바닥재 층을 형성한 경우, 지표로부터 20 ~ 30 cm 깊이에서의 전기전도도를 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다. 1 shows a cross-sectional structure of reclaimed farmland using coal flooring.
Figure 2 shows the cross-sectional structure of the step of removing the salt of the soil layer by fresh water at the beginning of reclaimed farmland composition.
3 is a model that the capillary rise of the salt is blocked by the coal floor ash layer when crop cultivation in reclaimed farmland prepared according to the present invention.
Figure 4 shows the electrical conductivity over time to the depth of 10cm from the surface when the coal floor layer is formed according to the embodiment.
FIG. 5 illustrates the electrical conductivity at a depth of 10 to 20 cm from the surface of the coal bottom ash layer according to the embodiment with time. FIG.
FIG. 6 illustrates the electrical conductivity at a depth of 20 to 30 cm from the surface of the coal floor ash layer according to the embodiment with time. FIG.
본 발명은 간척지 토양 하부에 석탄 바닥재 층을 형성하고, 상기 간척지의 측면에 배수로와 담수를 위한 둑을 조성하는 간척지 토양의 염분 제거 방법을 그 특징으로 한다. The present invention is characterized by a method of removing salt from the reclaimed soil to form a layer of coal flooring on the bottom of the reclaimed soil, and to form a drain for the drainage and fresh water on the side of the reclaimed land.
상기 간척지 각 필지의 토양 하부에 일정 두께의 석탄 바닥재 층을 형성하여 심토로부터의 염분의 모세관 상승을 차단하고, 각 필지에 둑을 설치하여 간척지 조성 초기에 담수하여 작토층의 염분을 용탈시킬 수 있도록 하며, 각 필지의 측면에 배수로를 설치하여 작토층으로부터 용탈된 염분이 석탄 바닥재 층을 거쳐 배수로를 통해 배출되도록 하는 것이 본 발명의 큰 특징이다. 이를 통하여 간척지에서 작물이 재배되는 작토층의 제염을 촉진하고, 심토로부터의 염류의 상승을 차단할 수 있어, 밭작물 재배 등이 가능해진다.Form a layer of coal bottom ash at the bottom of the soil of each reclaimed land to block capillary rise of salinity from subsoil, and install dams at each parcel to freshen it at the beginning of the reclaimed land so that the salinity of the plowed land can be leached. And, it is a great feature of the present invention to install a drainage on the side of each parcel so that the salts leached from the soil layer is discharged through the drainage through the coal floor. This facilitates decontamination of the plowed soil in which crops are grown in reclaimed land, blocks the rise of salt from the subsoil, and enables field crop cultivation.
상기 석탄 바닥재는 화력발전소에서 무연탄, 역청탄, 아역청탄, 갈탄, 아탄 등의 유연탄을 건조, 분쇄시킨 후 연소하여 발생한 부산물로서 보일러 저부에서 채취된다. The coal flooring material is collected from the bottom of the boiler as a by-product generated by drying and pulverizing bituminous coal such as anthracite, bituminous coal, sub-bituminous coal, lignite, and peat in a thermal power plant.
특히 상기 석탄 바닥재는 주요 성분으로 SiO2 50 ~ 70 중량%, Al2O3 20 ~ 40중량% 및 Fe2O3 1 ~ 10 중량%를 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 또한 상기 석탄 바닥재는 작토층 하부에 대공극층을 형성하기 위하여 채취된 상태에서의 평균 입경이 1 ~ 10 mm 범위에 있는 것을 선별하여 사용하는 것이 바람직하다. In particular, the coal flooring is preferably used as a main component containing 50 to 70% by weight of SiO 2 , 20 to 40% by weight of Al 2 O 3 and 1 to 10% by weight of Fe 2 O 3 , the coal flooring is In order to form a large pore layer in a lower part of a plowed soil layer, it is preferable to select and use the thing whose average particle diameter in the state collected is 1-10 mm.
상기 석탄 바닥재는 작토층의 투수성을 증대시키고, 대공극 구조가 토양 내 수분의 모세관상승을 차단하는 역할을 하여 작토층 토양의 염분 제거를 촉진하며, 심토층으로부터의 염분의 모세관 상승을 차단하게 된다. The coal floors increase the permeability of the soil layer, and the large pore structure serves to block the capillary rise of moisture in the soil, thereby promoting the removal of salt from the soil soil, and blocking the capillary rise of salt from the subsoil layer. do.
염분 농도가 높은 간척지 토양에서 식물의 뿌리가 분포하는 작토층 하부에 상기 석탄 바닥재층을 20 ~ 100 cm, 바람직하게는 30 ~ 50 cm의 두께로 형성시키는 것이 좋다. 상기 석탄 바닥재 층의 상부에 토양을 복토한 뒤, 작토층의 초기 제염을 위해 각 필지에 둑을 조성한다. 각 필지의 측면에 배수로를 설치하고, 석탄 바닥재 층 내부로부터 배수로까지 배수관을 설치함으로써 작토층으로부터 용출수가 배출되도록 간척지 포장을 조성한다(도 1). 이 때, 상기 배수로는 그 하단이 석탄 바닥재 층의 하단 아래의 깊이에 위치하도록 설치하는 것이 용출수의 배출에 보다 유리하다. In the reclaimed soil with high salt concentration, it is preferable to form the coal flooring layer in a thickness of 20 to 100 cm, preferably 30 to 50 cm, in the lower part of the soil layer in which the roots of plants are distributed. After covering the soil on top of the coal floor, a dam is formed in each parcel for initial decontamination of the soil layer. A drainage passage is provided on the side of each parcel, and a reclaimed land pavement is formed so that the effluent is discharged from the plowed soil layer by installing a drainage pipe from the inside of the coal floor material layer to the drainage passage (FIG. 1). At this time, it is more advantageous for the discharge of the effluent to install so that the lower end thereof is located at a depth below the lower end of the coal bottom ash layer.
이 때, 상기 둑은 지표면으로부터 10 ~ 200 cm의 높이로 형성되도록 하며, 바람직하게는 20 ~ 100 cm로 형성되는 것이 좋으며, 간척 농경지 조성 초기에 담수를 통하여 작토층의 염분을 제거할 수 있도록 한다(도 2).
At this time, the dam is formed to a height of 10 ~ 200 cm from the ground surface, preferably 20 to 100 cm is preferably formed, so that the salt of the soil layer can be removed through fresh water at the beginning of the reclaimed farmland composition (FIG. 2).
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 : 석탄 바닥재 층을 형성한 간척지 토양의 염분 제거 효과Example: Desalination Effect of Reclaimed Soil Formed with Coal Flooring Layer
서천 화력발전소에서 부산물로 배출된 석탄 바닥재를 세척과정과 체질을 거쳐 1.5 ~ 10.0 ㎜ 사이의 입경을 가지도록 분류된 자재를 시험에 사용하였으며, 상기 석탄 바닥재의 조성을 하기 표 1에 나타내었다. Coal bottom ash discharged as a by-product from Seocheon thermal power plant was used to test the materials classified to have a particle size of 1.5 ~ 10.0 mm through the washing process and sieving, the composition of the coal floor is shown in Table 1 below.
또한 상기 석탄 바닥재의 화학적 성분을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다. In addition, the chemical composition of the coal floor ash is analyzed and shown in Table 2 below.
(dS/m)Electrical conductivity
(dS / m)
치환용량
(cmol/㎏)Cation
Substitution capacity
(cmol / kg)
한편 상기 석탄 바닥재의 입경의 분포를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. Meanwhile, the distribution of particle diameters of the coal flooring material was measured, and the results are shown in Table 3 below.
또한 상기 석탄 바닥재를 0.1N HCl로 침출하는 방법으로 중금속을 분석하여그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. In addition, the heavy metals were analyzed by leaching the coal floor with 0.1 N HCl, and the results are shown in Table 4 below.
상기와 같은 특성을 나타내는 석탄 바닥재를 사용하여 새만금간척지 시험포장에 30 cm 의 두께로 대공극층을 형성시킨 후, 토양을 30 cm 의 두께로 복토하였다. 이후 도 1에 나타난 바와 같이 둑을 지표면으로부터 30 cm로 높이로 조성하고, 석탄 바닥재 층의 하단으로부터 5 cm 더 아래쪽으로 배수로 바닥이 위치하도록 배수로를 조성하였다. After forming a large air gap layer with a thickness of 30 cm on Saemangeum reclaimed land using the coal flooring material exhibiting the above characteristics, the soil was covered with a thickness of 30 cm. Then, as shown in FIG. 1, the dam was formed at a height of 30 cm from the ground surface, and a drainage path was formed so that the drainage bottom was located 5 cm further from the bottom of the coal flooring layer.
도 2에서 나타난 바와 같이 상기 토양에 2 주간 10 ㎝ 깊이로 담수하여 작토층의 초기 제염을 실시한 후, 시간의 흐름에 따라 작토층(0 ~ 30 cm)에서의 전기전도도를 10cm 깊이 단위로 측정하였으며, 그 결과를 도 4 ~ 6에 나타내었다. As shown in FIG. 2, after the initial decontamination of the soil layer by desalination in the
도 4 ~ 6에서 보는 바와 같이 석탄 바닥재 층을 형성시키지 아니한 일반 밭토양의 경우에 비하여 석탄 바닥재 층과 배수로를 설치한 간척지 포장의 경우에서 작토층의 전체 깊이에서 전기전도도가 낮게 나타났다. 이를 통하여 본 발명에 따른 방법이 간척지 토양 내 염분 제거에 효과적이라는 점을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 4 to 6, the electrical conductivity was lower at the total depth of the plowed soil layer in the case of the reclaimed land pavement in which the coal bottom layer and the drainage channel were installed, as compared with the general field soil which did not form the coal floor layer. Through this, it was confirmed that the method according to the present invention is effective for removing salt in reclaimed soil.
Claims (8)
In the method of removing salt from reclaimed soil, the weir is 10 to 200 cm from the surface of the reclaimed soil. The salt removal method of the reclaimed soil characterized in that it is formed at a height, comprising the step of fresh water in the bank.
The method of claim 1, wherein the coal floor is a salt removal method of reclaimed soil, characterized in that formed to a thickness of 20 ~ 100 cm.
The method of claim 1, wherein the drainage channel is a salt removal method of reclaimed soil, characterized in that formed below the bottom of the coal floor.
The salt removal method of the reclaimed soil according to claim 1, wherein a drainage port is provided from the layer formed of the coal floor to the drainage channel.
2. The method of claim 1, wherein the coal flooring material has an average particle diameter of 1 to 10 mm.
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